Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110KV và đường dây 220KV

Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110KV và đường dây 220KV

LỜI MỞ ĐẦU

Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Bách

Khoa Hà Nội, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát

triển của bản thân trong tương lai Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ bảo,

quan tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài

học rất bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ

cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi Có thể nói, những đồ án môn học,

bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên thực hiện chính

là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng sự dạy bảo quan

tâm của thầy cô

Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt

nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường

dây 220kV ”này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như tổng

kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại Trường

Đại học Bách Khoa

Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

em luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình và

các bạn, đặc biệt là sự giúp đỡ của Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp đã giúp em

hoàn thành tốt bản đồ này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy và các thầy, các cô cùng

toàn thể các bạn trong bộ môn Hệ thống điện

CHƯƠNG 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO

TRẠM BIẾN ÁP 1.1 Mở đầu

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một

thể thống nhất Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó

thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết bị

của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng

không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến

việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến

việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác Do đó việc tính

toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất

quan trọng Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách

an toàn và kinh tế Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ an

toàn chống sét đánh trực tiếp

Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta

cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn

đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây

Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và

đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm

1.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng

a) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn

của hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện

áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công

trình như xà, cột đèn chiếu sáng hoặc được đặt độc lập

- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được

độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét

Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải

đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé

+ Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao

(khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu

sét trên các kết cấu của trạm Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột

thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối Theo đường

ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất

Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số

điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω

+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn

dây của MBA Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu

khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét

và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m

- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách

nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí

và đất

b) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm

bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua

1.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét

1.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:

a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài

của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức

) ( 1

6 , 1

x

h h h

rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi

bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường

gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây

Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức

h-1,5.h.(1

x = ( 1 – 3) Chú ý:

a' b

c

a

h 0,8h

0,2h

0,75h

1,5h

R

Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m

Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của

sét giữ hằng số Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng

phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p Với

h

5 , 5

p = và trên hình vẽ dùng các hoành

độ 0,75hp và 1,5hp

b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so

với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn Nhưng để hai cột thu sét có thể phối

hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h

là chiều cao của cột)

- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a <

7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ho được tính

như sau:

7

a- h

h(1 h1,5r

o

x o

o

x o

Chú ý:

Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như

trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức:

p7

a-h

ho = ( 1 – 7)

c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau

Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và

h1 > h2 Hai cột cách nhau một khoảng là a

Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp h2

vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại

điểm 3 Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với

cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h2 với khoảng cách

là a’ Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với a'=a−x

1 2

2 11

)(

6,1

h h

h h x

Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định

bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi

cột

b a

Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được

bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D ≤≤ 8 h a = 8 (h - h x ) ( 1 – 9)

Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được

hiệu chỉnh theo p

1.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:

a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng Chiều rông của phạm vi

bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ

a' b

c

a

h 0,8h

0,2h

0,6h

1,2h

2b x

Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một day thu sét

Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột

h- h.(11,2

Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được

hiệu chỉnh theo p

b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu

sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h

Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao

4

h-h

h o = ( 1 – 13)

Phạm vi bảo vệ như hình vẽ

Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong

được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và

điểm có độ cao

4

s-h

ho = so với đất

1.4 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ

- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV

+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp

vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp (T3, T4) và 2 máy biến áp tự ngẫu

(AT1, AT2)

+ Phía 110kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp

vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)

1 5 1 Phương án 1

- Phía 220kV dùng 12 cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12 trong đó cột 2,

3, 5, 6, 7, 8 được đặt trên xà cao 16m; cột 9, 10,11,12 được đặt trên xà cao

11m cột 1 được xây thêm và cột 4 đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m

- Phía 110kV dùng 9 cột 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 trong đó cột 16,

17, 18 được đặt trên xà cao 8 m; cột 19, 20, 21, 22được đặt trên xà cao 11 m

và cột 23, 24 được xây thêm

Vậy:

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 16 m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 8 m và hx = 11 m

Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó

thì độ cao cột thu lôi phải thỏa mãn:

D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác

ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi

-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo

vệ của 1 cột Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a ≤ 7 h

Trong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét

h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét

= + +

( m)

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là:

181 , 56 652 , 72 ).(

623 , 31 652 , 72 ( 652 , 72

2

5 , 57 181 , 56 623 , 31

=

Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, kết quả tính toán được trình

bầy trong bảng:

Bảng 1-3 Độ cao hữu ích của cột thu lôi

Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn

độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:

- Phía 220Kv có hmax =10,755 m nên ta chọn ha = 11m

- Phía 110kV có hmax =9,1 m nên ta chọn ha = 10 m

Tính độ cao của cột thu sét

Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương ứng:

Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N13÷ N22 phía 110kV)

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m

4 21 3

2 3

2 11m

21 8 , 0

11 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 ( 1,5.h

2 3

2 11m

21 8 , 0

8 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

18 27 3

2 3

2 11m

27 8 , 0

11 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 ( 1,5.h

2 3

2 11m

27 8 , 0

16 1 (

24 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

64 27 7 -

2 3

2 16m

17,875

16 1 (

17,875 75 , 0 ) - (1 0,75h

2 3

2

11m

hx = < h o = = ( m)

17,875.8,0

111

.(

17,875.5,1).8,0 -(11,5hr

0 o

=

a ( m) h =27 ( m) h =21 ( m)

)(

6,1

12 13

−

=

h h

h h

Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 13 là:

Phạm vi bảo vệ của hai cột 12’ và 13 là:

- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

254 , 17 7

223 , 26 21 7

' -

2 11m

2 8m

hx= < h o = = ( m)

254,17.8,0

81

.(

254,17.5,1).8,0 -(11,5hr

0 o

2 16m

hx= > h o = = ( m)

254 , 17

16 1 ( 254 , 11517 , 7 75 , 0 )

- (1 0,75h

h h

Bảng 1-4 Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét

Cặp cột

a (m)

h (m)

ho (m)

hx (m)

rox (m)

hx (m)

rox (m) 1-2;2-3;4-5;5-5;6-7;7-8;

Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

1 5 2 Phương án 2

- Phía 220kV có treo 3 dây chống sét A-95 dài 192m chia làm 3 khoảng

dài 64; khoảng cách giữa hai dây S=35m và S= 40m như hình vẽ

- Phía 110kV dùng 9 cột 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 và 25 trong đó cột

17, 18, 19 được đặt trên xà cao 8 m; cột 20, 21, 22, 23 được đặt trên xà cao 11

m và cột 25, 24 được xây thêm

Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì độ cao dây chống sét thỏa mãn:

) ( 26 4

40 16 4

Tải trọng do gió gây ra (áp lực gió cấp 3 với v=30m/s): F

P

g3 = v

Trong đó +P v C x V .F v

16

=

v

506 , 0 10 7 , 10 16

30 2 , 1 7 ,

Tải trọng tổng hợp:

Kiểm tra điều kiên ta thấy l = 6 4m < 3 0 9 , 5m

Với khoảng vượt l = 64m

Phương trình trạng thái ứng với θ min có dạng:

0 2

3 −A δ −B=

δ

) (

.

24

.

min 2

0

2 1

2 1

315,12

g E l B

Độ cao cột treo dây thu sét: h1= +h f = 26 0, 23 26, 23( ) + = m

Vậy chọn độ cao treo dây thu sét là 27 m

b) Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:

Tính cho hai vị trí cao nhất và thấp nhất

Tại vị trí đầu cột:

Bảo vệ ở độ cao 16m:

Do 27 18

3

2 3

16 1 (

27 2 ,

11 1 (

27 2 ,

16 1

.(

768 , 26 2 ,

11 1

.(

768 , 26 2 ,

Độ cao các cột thu sét phía 220kV là: 27m

Độ cao các cột thu sét phía 110kV: Do các nhóm cột phía

110kV và 220/110kV được bố trí tương tự phương án 1 nên theo tính toán ở

phương án 1 ta chon độ cao các cột thu sét phía 110kV 21m

Tương tự phương án 1 ta có:

Phạm vi bảo vệ của cột thu sét độc lập:

Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N17÷ N25 phía 110kV)

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m 21 4

3

2 3

2 11m

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m 21 4

3

2 3

2 11m

hx = < h= = ( m)

21 8 , 0

8 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

2 3

2 11m

27 8 , 0

11 1 (

21 5 , 1 ) 8 , 0 1 ( 1,5.h

2 11m

hx = < h= = ( m)

27 8 , 0

16 1 (

24 5 , 1 ) 8 , 0 1 1,5.h(

h

h x

( m)

Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét tổng kết trong bảng

Bảng 1-5 Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét

Cặp cột

a (m)

h (m)

ho (m)

hx (m)

rox (m)

hx (m)

rox (m)

Về mặt kỹ thuật: Cả 2 phương án bố trí cột thu sét đều bảo vệ

được tất cả các thiết bị trong trạm và đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuât

Về mặt kinh tế:

Phương án 1:

- Phía 220kV dùng 12 cột cao 27m trong đó 6 cột đặt trên xà cao 16m; 4

cột đặt trên xà cao 11m, 1 cột được xây thêm và 1 cột đặt trên nóc nhà điều

khiển cao 10m

- Phía 110kV dùng 9 cột cao 21m: trong đó 3 cột đặt trên xà cao 8 m; 4

cột đặt trên xà cao 11 m và 2 cột được xây thêm

-Tổng chiều dài cột là:

L 6.(27-16) 4.(27-11) 27 (27-10) 3.(21-8) 4.(21-11) 2.21 295 = + + + + + + = ( m)

Phương án 2:

- Phía 220kV có treo 3 dây chống sét C-95 dài 192m chia làm 3 khoảng

dài 64 trên 16 cột cao 27m trong đó 12 cột đặt trên xà cao 11m; 2 cột đặt trên

xà cao 11m, 1 cột được xây thêm và 1 cột đặt trên nóc nhà điều khiển cao

10m

- Phía 110kV dùng 9 cột cao 21m: trong đó 3 cột đặt trên xà cao 8 m; 4

cột đặt trên xà cao 11 m và 2 cột được xây thêm

-Tổng chiều dài cột là:

379 21 2 11) - 4.(21 8) - 3.(21 10) - (27 27 11) - (27 2 16)

Vì phương án 1 có số cột thu sét ít và không cần dung dây thu

sét nên chi phí xây dựng thấp hơn, đồng thời tổng chiều dài cột nhỏ hơn Vậy

ta chọn phương án 1 làm phương án tính toán thiết kế chống sét cho trạm biến

áp

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

2.1 Mở đầu

Nối đất có nghĩa là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với

dòng điện do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất Trong HTĐ có 3

loại nối đất khác nhau:

Nối đất an toàn:

Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của

thiết bị bị hư hỏng Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ

phân kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, các

giá đỡ kim loại …) Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất

hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên mức điện thế thấp Do đó đảm bảo

an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng

Nối đất làm việc:

Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết

bị hoặc một số bộ phận của thiết bị làm việc theo chế độ đã được quy định

sẵn Loại nối đất này bao gồm: Nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có

điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lường và của các kháng điện bù

ngang trên các đường dây tải điện đi xa

Nối đất chống sét:

Nhiệm vụ của nối đất chống sét là tản dòng điện sét trong đất (khi có sét

đánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm

trên thân cột không quá lớn… do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên

các công trình cần bảo vệ

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật

* Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt Tuy nhiên việc

giảm thấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công

Do đó việc xác định tiêu chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải sao

cho hợp lý về mặt kinh tế và đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật

* Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho

các trị số điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt qua

giới hạn cho phép Theo quy trình hiện hành tiêu chuẩn nối đất được quy định

như sau:

- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn

mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phép là:R≤0,5 Ω

- Đối với thiết bị điện có điểm trung tính cách điện (dòng ngắn mạch

chạm đất bé) thì: R ≤250( Ω )

I (2 – 1) Nếu chỉ dùng cho các thiết bị cao áp

R ≤125( Ω )

I (2 – 2)

Nếu dùng cho cả cao áp và hạ áp

-Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, nối đất làm việc và nối đất an

toàn ở các cấp điện áp khác thường được nối thành hệ thống chung Khi nối

thành hệ thống chung phải đạt được yêu cầu của loại nối đất nào có trỉ số điện

trở nối đất cho phép bé nhất

-Trong khi thực hiện nối đất, cần tận dụng các hình thức nối đất có sẵn ví

dụ như các đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất,

móng bê tông cốt thép Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn

trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia

- Do nối đất làm việc trong môi trường không đồng nhất (đất - bê tông)

nên điện trở suất của nó lớn hơn so với điện trở suất của đất thuần tuý và

trong tính toán lấy tăng lên 25%

- Vì khung cốt thép là lưới không phải cực đặc nên không phải hiệu chỉnh

bằng cách nhân thêm hệ số β = 1,4 đó là hệ số chuyển từ cực lưới sang cực

đặc

-Đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé khi điện trở tản

của các phần nối đất có sẵn đạt yêu cầu thì không cần nối đất bổ sung Với các

thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì phải đặt thêm nối đất nhân tạo

với trị số điện trở tản không quá 1Ω

* Nối đất chống sét thông thường là nối đất của cột thu sét, cột điện và nối

đất của hệ thống thu sét ở trạm biến áp và nhà máy điện

- Do bộ phận nối đất của cột thu sét và cột điện thường bố trí độc lập

(không có liên hệ với bộ phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập

trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất Hiện nay tiêu chuẩn nối đất cột

điện được quy định theo điện trở suất của đất và cho ở bảng:

- Khi đường dây đi qua các vùng đất ẩm (ρ ≤3 104 Ω cm) nên tận dụng

phần nối đất có sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế

cho phần nối đất nhân tạo

- Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp khi bộ phận thu

sét đặt ngay trên xà trạm thì phần nối đất chống sét buộc phải nối chung với

mạch vòng nối đất an toàn của trạm Lúc này sẽ xuất hiện nối đất phân bố dài

làm Zxk lớn làm tăng điện áp giáng gây phóng điện trong đất Do đó việc nối

đất chung này chỉ thực hiện được với các trạm biến áp có cấp điện áp

≥110kV Ngoài ra còn phải tiến hành một số biện pháp bổ sung, khoảng cách

theo mạch dẫn điện trong đất từ chỗ nối đất của hệ thống thu sét phải từ 15m

trở lên…

2.3 Lý thuyết tính toán nối đất

Tính toán nối đất an toàn

Với cấp điện áp lớn hơn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện

là:

- Điện trở nối đất của hệ thống có giá trị R≤0,5Ω

- Cho phép sử dụng nối đất an toàn và nối đất làm việc thành một hệ

thống

Điện trở nối đất của hệ thống

RTN: điện trở nối đất tự nhiên

RNT: điện trở nối đất nhân tạo

RNT≤ 1Ω

- Nối đất tự nhiên

Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống

chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm

Ta có công thức tính toán như sau

R TN =

4

1 2

1

+ +

cs c c

R R

R

(2 – 4)

Trong đó:

Rcs: điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt

Rc: là điện trở nối đất của cột điện

- Nối đất nhân tạo

Xét trường hợp đơn giản nhất là trường hợp điện cực hình bán cầu

Dòng điện trạm đất I đi qua nơi sự cố sẽ tạo nên điện áp giáng trên bộ

phận nối đất

U=I R (2 – 5)

R: là điện trở tản của nối đất

Theo tính toán xác định được sự phân bố điện áp trên mặt đất theo công

thức:

r

I

2

Trong thực tế nối đất có các hình thức cọc dài 2 ÷3m bằng sắt tròn hay

sắt góc chôn thẳng đứng: thanh dài chôn nằm ngang ở độ sâu 0,5÷0,8m đặt

theo hình tia hoặc mạch vòng và hình thức tổ hợp của các hình thức trên Trị

số điện trở tản của hình thức nối đất cọc được xác định theo các công thức đã

cho trước

Đối với nối đất chôn nằm ngang có thể dùng công thức chung để tính trị

số điện trở tản xoay chiều:

t d

L K

ln 2 R

L: chiều dài tổng của điện cực

d: đường kính điện cực khi điện cực dùng sắt tròn Nếu dùng sắt

chu vi mạch vòng, điện trở tản của hệ thống được tính theo công thức

c t t c

c t

R n R

R R

- Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài điện cực

- Quá trình phóng điện trong đất

Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần xét quá

trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất Ngược lại khi nối

đất dùng hình thức tia dài hoặc mạch vòng (phân bố dài) thì đồng thời phải

xem xét đến cả hai quá trình, chúng có tác dụng khác nhau đối với hiệu quả

nối đất

Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung:

Qua nghiên cứu và tính toán người ta thấy rằng điện trở tản xung kích

không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện cực mà nó được quy định

bởi biên độ dòng điện I, điện trở suất ρ và đặc tính xung kích của đất

Vì trị số điện trở tản xoay chiều của nối đất tỉ lệ với ρ nên hệ số xung

Hình 2-1: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất

Trong mọi trường hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so

với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét đến phần điện dung C vì

ngay cả trong trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với

dòng điện qua điện trở tản

Sơ đồ đẳng trị lúc này có dạng:

Hình 2 – 2: Sơ đồ đẳng trị thu gọn

Trong sơ đồ thay thế trên thì:

Lo: Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài

Go: Điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài

r: Bán kính cực ở phần trước nếu cực là thép dẹt có bề rộng b (m)

Do đó: r =b/4 Gọi Z (x, t) là điện trở xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm số của

không gian và thời gian t

) , (

) , ( t) (x, Z

t x I

t x U

k

L G l T

π

2 1

k

T

T k =

Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện trong đất

Việc giảm điện áp và cả mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực làm

cho quá trình phóng điện trong đất ở các nơi này có yếu hơn so với đầu vào

của nối đất Do đó điện dẫn của nối đất (trong sơ đồ đẳng trị) không những

chỉ phụ thuộc vào I, ρ mà còn phụ thuộc vào toạ độ Việc tính toán tổng trở

sẽ rất phức tạp và chỉ có thể giải bằng phương pháp gần đúng ở đây trong

phạm vi của đề tài ta có thể bỏ qua quá trình phóng điện trong đất

2.4 Tính toán nối đất an toàn

Nối đất tự nhiên

Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống

chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm

1

1

RTN

+ +

=

cs c c

R R

R n

Trong đó: n- số lộ dây

-Đối với các lộ đường dây chống sét 220 KV:

0,564 0,3

1,88 L

R

RCS = 0 KV = = (Ω)

44 , 0 4

1 564 , 0

15 2

1

15

6

1

+ +

-Đối với các lộ đường dây chống sét 110 KV:

0,376 0,2

1,88 L

R

RCS = 0 KV = = (Ω)

274 , 0 4

1 0,376

15 2

1

15

8

1

+ +

Vậy 0 , 169

274 , 0 44 , 0

274 , 0 44 , 0

+

Nhận xét:

Ta thấy rằng RTN< 0,5Ω về mặt lý thuyết là đạt yêu cầu về nối đất an

toàn Tuy nhiên nối đất tự nhiên có thể xảy ra biến động, chính vì vậy ta cần

phải nối đất nhân tạo

Nối đất nhân tạo

Với trạm bảo vệ có kích thước hình chữ nhật có các chiều là:

)(

370

Ta lấy lùi lại mỗi đầu 1 m để cách xa móng tường trạm

Do đó ta sử dụng mạch vòng bao quanh trạm là hình chữ nhật ABCD có

kích thước như sau:

Chiều dài l1 = 368 m ; Chiều rộng l2 = 148m

Vậy:

d t

L K L

tt

.ln 2R

2 MV

K: hệ số phụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất

Vậy điện trở nối đất của hệ thống là:

R ht = 0,169.0, 417

0,12( ) 0,169 0, 417

Trong khi thiết kế nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220kV cho

phép nối đất chống sét nối chung với nối đất an toàn Do vậy nối đất chống sét

sẽ là nối đất phân bố dài dạng mạch vòng Do đó sơ đồ thay thế chống sét như

hình 2 – 1

Giá trị của Lo và Go được xác định như sau:

*Tính Lo: Theo công thức (2 11) ta có:

o

l L

04 , 0 4

SET AT

MVAT MVS

k

R R

2,977.10 2.516.0.325

o

*Tính phân bố điện áp và tổng trở xung kích của hệ thống nối đất

Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng xiên góc của dòng điện sét có

biên độ không đổi

Phương trình sóng có dạng như sau và được thể hiện ở hình 2-5:

ds s

a I

at I

ττ

τ

t khi

t khi

I = a.

Is(A )

t(s)

Hình 2- 5: Đồ thị dạng sóng của dòng điện sét

Với biên độ dòng điện sét là I =150 kA

Độ dốc của dòng sét là a=30 kA/µs

Nên thời gian đầu sóng là τđs= 150 5( s)

1 1

2 2

2

1 2

+ + + +

1

2 2

2

1 2

2 1

+ + + +

e e k

K ds ds

ds

K

T k

τ τ

τ τ

Trong chuỗi số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e-4 (Từ số hạng e-5 trở đi

có giá trị rất nhỏ so với các số hạng trước nên ta có thể bỏ qua) Tức là ta tính

≥

=

k

T T

ds k

τ

1 2

π

−

,6 1 5

169,5 2

τ

Ta chọn k trong khoảng từ 1÷12 (k∈Z+)